铝空气动力电池在线监测系统的研究与设计

发布时间：2017-08-01 19:24

  本文关键词：铝空气动力电池在线监测系统的研究与设计

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【摘要】：随着经济的快速发展,作为代步工具的汽车逐渐进入了人们日常生活中,然而越来越多的汽车引起的环境问题和能源问题也日益突出。现阶段各国也都逐渐意识到环境和能源问题的严重性,并将其上升到国家持久化发展的战略高度。因此国内外相关人员都积极地投入电动汽车的研发中。电池及其管理监测技术一直是制约电动汽车商业化的关键因素之一,其中电池荷电状态(State of Charge,SOC)的估计更是该领域研究的重点和难点。本文在研究铝空气动力电池的基础上,设计了一套基于铝空气动力电池的在线监测系统并重点研究了铝空气电池SOC的估计。具体来说,本文主要包括以下内容:首先对铝空气电池的原理进行了介绍,并按照车用动力电池的主要性能指标分析铝空气电池的特性。由于铝空气电池具有无需充电、比能量高、安全可靠、原材料来源丰富等特点。因而从技术和性能的角度,发现铝空气电池远比其它电池(如蓄电池等)更适合作为电动汽车的驱动电源。接着详细介绍了铝空气电池的SOC估计,根据铝空气电池的放电特性提出了安时法和隐半马尔可夫模型(Hidden Semi-Markov Models,HSMM)法相结合的SOC估计方法。鉴于铝空气电池在放电后期(电压低于某值)电压呈现弱梯度下降规律,对电池后期的这种退化过程进行HSMM建模,即把电池后期按照电池特性的变化分为几个不同的退化状态,该模型针对每个不同的状态产生多个观察值,按照各个状态间的转换概率以及状态驻留时间可以比较准确地预测后期各个状态下的电池可用时间。经实验仿真验证了这一方法的可行性,铝空气电池放电后期的SOC预测值远比单一的安时法SOC预测值准确得多。然后介绍了电池监测系统的硬件设计,主要有主控模块、存储模块、采样模块、通讯模块、电源模块、CAN总线和串口通信模块等。最后介绍了铝空气电池在线监测系统的软件与平台设计,主要包括采样程序设计、CAN通信程序设计、串口通信程序设计及监测平台软件设计等,并通过平台实验验证了系统的可行性。
【关键词】：铝空气电池 SOC HSMM 监测系统
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM911.41
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 研究背景与意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.3 本论文主要研究内容及全文结构15-17
• 第二章 铝空气动力电池的工作原理及性能分析17-27
• 2.1 铝空气电池的工作原理17-19
• 2.1.1 铝空气动力电池的工作原理17
• 2.1.2 铝空气动力电池堆系统结构17-19
• 2.2 铝空气动力电池特性19-21
• 2.2.1 电池容量19
• 2.2.2 比能量19
• 2.2.3 比功率19-20
• 2.2.4 自放电率20
• 2.2.5 终止电压20
• 2.2.6 无需充电20-21
• 2.3 动力电池SOC的研究21-26
• 2.3.1 动力电池SOC的定义21-22
• 2.3.2 常用的SOC估计方法22-26
• 2.3.3 电池SOC的难点分析26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 铝空气动力电池的SOC估计27-46
• 3.1 铝空气动力电池SOC估计模型27-30
• 3.1.1 铝空气动力电池的放电特性27-29
• 3.1.2 铝空气动力电池SOC估计模型29-30
• 3.2 基于安时法的铝空气动力电池前期SOC估计30-32
• 3.2.1 安时法的基本理论30-31
• 3.2.1.1 安时法基本原理30
• 3.2.1.2 安时法公式30-31
• 3.2.2 安时法的实现31-32
• 3.2.3 安时法仿真验证32
• 3.3 基于HSMM的铝空气动力电池后期SOC估计32-45
• 3.3.1 HSMM的基本理论及一些算法32-36
• 3.3.1.1 HSMM的定义32-33
• 3.3.1.2 HSMM的一些算法33-36
• 3.3.2 基于HSMM的动力电池后期SOC预测总体思路36-37
• 3.3.3 铝空气电池后期退化状态识别37-42
• 3.3.3.1 预测特征的提取与退化状态分析37
• 3.3.3.2 模型训练37-40
• 3.3.3.3 状态识别40-42
• 3.3.4 铝空气电池后期SOC预测方法和验证42-45
• 3.3.4.1 全状态训练样本的建立42
• 3.3.4.2 模型训练42-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第四章 铝空气电池在线监测系统的硬件设计46-56
• 4.1 系统硬件总体结构设计46-47
• 4.2 主控模块电路设计47-48
• 4.3 存储模块电路设计48
• 4.4 测量模块电路设计48-53
• 4.4.1 控制器49
• 4.4.2 测量模块控制电路49-50
• 4.4.3 单体电压测量电路50-52
• 4.4.4 电池包电压和电流测量电路52-53
• 4.4.5 温度测量电路53
• 4.5 CAN总线通信电路设计53-54
• 4.5.1 主控制器的CAN通信电路设计54
• 4.5.2 测量模块的CAN通信电路设计54
• 4.6 串口通信模块设计54-55
• 4.7 电源模块设计55
• 4.8 本章小结55-56
• 第五章 铝空气电池在线监测系统的软件及平台设计56-67
• 5.1 系统软件设计与实现56-63
• 5.1.1 系统软件总体设计56
• 5.1.2 单体电压测量程序设计56-58
• 5.1.3 电池包电压与电流测量程序设计58-59
• 5.1.4 温度测量程序设计59-60
• 5.1.5 CAN总线程序设计60-62
• 5.1.6 RS232串口程序设计62-63
• 5.2 系统监测平台设计63-66
• 5.2.1 平台设计63-64
• 5.2.2 实验结果及其分析64-66
• 5.3 本章小结66-67
• 第六章 总结与展望67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73
• 攻读硕士期间取得的研究成果73-74

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本文编号：605821